Positiemeting - KHLim

14 Positiemeting
Deel III
Meetgrootheden
Positiemeetsystemen vormen een belangrijke component in iedere NC-machine. De nauwkeurigheid
van de NC-machine wordt in eerste instantie bepaald door de nauwkeurigheid van de
positiemeting of wegmeting. Wat gemeten wordt is de stand van het werkstuk t.o.v. het
werktuig, dus niet de eigenlijke afmetingen van het werkstuk.
14.1 Indeling van het positiemeetsysteem
De meetsystemen (en de regelkring) onderscheiden zich door vier eigenschappen:
open gesloten kring
direct indirect
analoog digitaal
absoluut incrementeel
Open en gesloten kring
Figuur 3.1 geeft een voorbeeld van een open kring systeem. Alleen door middel van de
weginformatie moet het systeem precies de gevraagde stand bereiken. Dit wordt verwezenlijkt
met een elektrische stappenmotor al dan niet met een hydraulische versterking.
Weginformatie Motor
Stuur-
Informatie
Stand
Stappenmotor
Figuur 3.1: Open kring: Schematisch en voorbeeld.
Kogelomloopspil
__________ - III.1 -
Johan Baeten
Slede

Meetsystemen: Meetgrootheden
Voordelen:
technologisch eenvoudig
geen meetsysteem, geen comparator
Nadelen:
voor een elektrische stappenmotor is er een vermogensturing nodig, welke duurder is
naarmate het gewenste vermogen groter is;
bij een elektrische stappenmotor met hydraulische versterker is een hydraulische groep nodig;
stappenmotorsturing is trager dan gesloten-kring-regeling.
Figuur 3.2 geeft de gesloten-kring-regeling weer. Indien er in de regelkring een grote versterking
aanwezig is, wordt dit ook een servosysteem genoemd. Bij CNC-machines is dit meestal het
geval omdat grote massa's nauwkeurig gepositioneerd moeten worden.
Stuur-
Informatie
Stand
Figuur 3.2: Gesloten kring: Schematisch en voorbeeld.
Meetplaats: direct versus indirect meten
Bij cartesiaanse machines met translerende sleden (alle gereedschapswerktuigen en sommige
industriële robots) zijn er twee plaatsen waar de sledepositie kan worden gemeten:
direct, aan de slede. Hiervoor is een lineair meetsysteem nodig.
indirect, via de schroefspil. Hierbij wordt een roterende positiemeetopnemer gebruikt die op
de spil of achterop de servomotor gemonteerd is.
X c
+
+
-
-
Meetinfo
X w
Motor
Voeding Servomotor
Roterend
Meetsysteem
Meetsysteem
Figuur 3.3: Indirecte versus directe positiemeting.
θ
Overbrenging
Schroefspil
Vergelijker
Lineair
Meetsysteem
Gelijkstroommotor
Indirect Direct
θ
X w
Meetsysteem
Kogelomloopspil
Roterende positiemeetsystemen zijn goedkoper dan lineaire meetsystemen. Daartegenover staat
dat indirect meten onnauwkeuriger is: er wordt via de schroefspil en soms ook via een
overbrenging gemeten. Hierbij worden twee functies met tegenstrijdige eisen gecombineerd:
enerzijds moeten overbrenging en schroefspil grote krachten kunnen overbrengen;
anderzijds fungeert de spil als nauwkeurige meetstandaard.
__________ - III.2 -
Johan Baeten
Slede
X w
Positiemeting

Meetsystemen: Meetgrootheden
Positiemeting
Deze zware en tegelijk nauwkeurige schroefspillen zijn eveneens duur en - in combinatie met
een roterend meetsysteem - inherent minder nauwkeurig dan een lineair meetsysteem. Een
belang- rijke overweging in het voordeel van indirect meten is, dat daarmee de dynamica van de
machineslede buiten de servokring valt.
Samengevat zijn de voor-en nadelen van indirecte positiemeting:
Voordelen:
roterende meetopnemer veel goedkoper dan lineair meetsysteem
machinedynamica en dode slag van de slede vallen buiten de servoregelkring
gemakkelijk te monteren en eenvoudig
kleine ingenomen ruimte
Nadelen:
onnauwkeurig: spoedfouten en thermische uitzetting van de schroefspil worden meetfouten
Momenteel is de situatie zo, dat alleen waar zeer nauwkeurig gepositioneerd moet worden, zoals
bij kottermachines en bij nauwkeurige draaimachines, nog direct (dus met een lineair meetsysteem)
wordt gemeten.
Analoog versus digitaal
De te meten sledepositie is een analoge grootheid. De door de besturing gecommandeerde positie
is een digitale waarde. Positiemeetsystemen geven of een analoog, of een digitaal uitgangssignaal.
Dit bepaalt of het aftrekpunt in de servokring analoog of digitaal zal zijn.
Analoge meetsystemen vormen een fysische grootheid om in een andere fysische grootheid. Zo
zet de analoge opnemer de wegverplaatsing om in een spanningsverandering.
De verplaatsing wordt lineair of rotatief gemeten.
Digitale meetsystemen vormen een fysische (analoge) grootheid om in cijfers of in een nummer.
Dit nummer kan absoluut gemeten of incrementeel opgebouwd worden.
Absoluut versus incrementeel
Absolute digitale meetsystemen geven voor iedere positie in het meetbereik een uniek getal af.
Binnen één digitaal increment kunnen geen tussenwaarden worden aangegeven. De fout die
wordt gemaakt in de omzetting van de gemeten analoge waarde naar het dichtstbij liggende
digitaal getal, wordt quantisatiefout genoemd.
Incrementeel-digitale meetsystemen geven geen getal, maar één puls per doorlopen
meetincrement; vandaar de benaming incrementeel. Wil men van deze incrementen een absoluut
getal maken, dan zal men de pulsen in een elektronisch register moeten opvangen en sommeren.
Kenmerken van een incrementeel systeem zijn:
vlottend nulpunt: zonder belang waar men begint te tellen
nadeel: een fout (een puls die gemist wordt) blijft aangehouden bij volgende meetpunten
(correctie moet voorzien worden door geregeld een absoluut nulpunt op te zoeken).
Voordeel van absolute systemen zijn:
fout gemaakt bij een bepaalde meting, wordt niet overgedragen naar volgende metingen.
het nulpunt kan verschuiven om correcties toe te laten voor
__________ - III.3 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
- slijtage op werktuigen
- fouten in opstellingen
Nadeel van een absoluut systeem blijft echter de kostprijs.
Oorspronkelijk was de elektronica nog weinig betrouwbaar; een storing of een spanningsuitval
veroorzaakte het verlies van de positiewaarde waardoor veel waarde gehecht werd aan absolute
digitale meetsystemen. Samengestelde, meersporige codeschijven of -linialen gaven een absoluut
getal, dat niet verloren ging na een spanningsuitval. Met de toegenomen betrouwbaarheid van de
elektronica zijn deze veel duurdere absolute meetsystemen in onbruik geraakt.
In de loop van de korte geschiedenis van numerieke besturingssystemen zijn zeer uiteenlopende -
soms uitgesproken exotische - meetsystemen ontwikkeld en toegepast. Nu de NC-technologie
een zekere graad van volwassenheid heeft bereikt, convergeert de toepassing van meetsystemen
in NC-machines in de richting van een tweetal systemen:
(cyclisch) absoluut-analoge inductieve systemen, gebaseerd op resolvers en inductosyns.
digitaal-incrementeel optische systemen.
14.2 Eisen aan positiemeetsystemen
Positiemeting
Naast de belangrijke specificaties wat betreft nauwkeurigheid en resolutie moeten aan
positiemeetsystemen voor NC-productiemachines de volgende eisen worden gesteld:
- functioneren onder 'meetonvriendelijke' omstandigheden: het meetsysteem moet bestand
zijn tegen spanen, koelvloeistof en trillingen. De elektronica van het meetsysteem moet
bestand zijn tegen de vaak sterke elektromagnetische stoorvelden, die in de fabriek kunnen
optreden. Beruchte stoorbronnen zijn spanningspieken in thyristorsturingen en grote
aanloopstromen in hoofdspilaandrijvingen. Vaak vergeten storingsbronnen zijn bovendien
relais en elektromagnetisch bediende kleppen;
- grote verhouding resolutie/meetbereik. Een resolutie van 1 µm over een meetbereik van 1
meter is voor de meeste NC-machines een normale eis. Hieruit volgt een verhouding
resolutie/meetbereik van 1: 10 6 .
Bij metingen in het algemeen geldt dit als een extreme eis.
- nauwkeurigheid. De onnauwkeurigheid is het verschil tussen de werkelijke positie en de
aangegeven positie. (De resolutie of het oplossend vermogen is de kleinste verplaatsing die
door het positiemeetsysteem kan worden aangegeven). In de praktijk is de resolutie van een
positiemeetsysteem kleiner dan de onnauwkeurigheid.
- de meetsnelheid moet groter zijn dan de maximale sledesnelheid van de machine. Op deze
stationaire snelheid zijn soms trillingen gesuperponeerd, die leiden tot snelheidspieken die
zo'n 20% boven de maximale sledesnelheid kunnen liggen.
- real-time meten. Er mag in het meetsysteem geen grote tijdvertraging bestaan tussen de
positiemeting en het uitgeven van de positiewaarde. In de praktijk is een verwerkingstijd
van enige milliseconden toelaatbaar.
__________ - III.4 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
14.3 Positie-opnemers met meerdere snelheden
Het oplossingsvermogen van absolute opnemers (optisch, resolver, inductosyn...) kan men
mechanisch (via een overbrenging) laten overeenstemmen met het gewenst oplossingsvermogen
van de numeriek bestuurde as van de werktuigmachine.
Bij een absoluut optische encoder stemt bijvoorbeeld de laagst beduidende bit overeen met een
asverplaatsing van 2 µm. Daar deze encoders meestal beschikbaar zijn in een 6 tot 16 bits
Gray-code zal de totale wegverplaatsing niet groter zijn dan 2 16 maal 2 µm = 0,13 m. Bij
resolver- en synchrotoepassingen is een oplossingsvermogen van 5 tot 10 boogminuten
gangbaar. Indien we een oplossingsvermogen van 5 min laten overeenstemmen met een lineaire
verplaatsing van de machine-as van 2 µm, krijgen we een totale absolute mogelijk te meten
verplaatsing van (2x60x360)/5 = 8640 µm = 8,64 mm. Bij een lineaire inductosyn is de te meten
wegafstand dan weer beperkt door de periodieke indeling van de wikkelingen (de afstand 2p = 2
mm).
Een meting over de volledige wegafstand is enkel mogelijk door de opnemers cyclus absoluut te
laten meten of door combinatie van meetsystemen met meerdere snelheden.
Optisch absolute encoders
Neem bijvoorbeeld een 6 bit schijf (max. 64 aanduidingen) direct gekoppeld met de as van de
leispil en een 12 bit schijf (max. 4096) gekoppeld langs een overbrenging van 64:1, dit geeft bij
64 omwentelingen van de as een output van 64 maal 4096 posities. Voor een resolutie van 2 µm
komt hiermee een absolute meting tot 0,524 m overeen.
Meertoeren encoders zijn te verkrijgen in vele afmetingen, overbrengingsverhoudingen en
resoluties.
Resolvers en synchro's
Twee of meer synchro's of resolvers worden ofwel mechanisch ofwel elektrisch met een
overbrengingsverhouding gekoppeld. In dubbele snelheidssystemen is de verhouding gewoonlijk
1:8, 1:10, 1:18, 1:32 of 1:36.
1:N
S1 S2 S3
Grof
Fijn
S1 S2 S3
Vref
Figuur 3.4: Synchro's met meerdere snelheden (mechanisch gekoppeld).
R1
R1
R2
R2
Positiemeting
__________ - III.5 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
De resolutie van een dubbelsnelheidssysteem is gelijk aan deze van de resolver of synchro voor
fijnmeting gedeeld door de overbrengingsverhouding. Bijvoorbeeld een resolver met resolutie
van 6 min en een overbrenging van 1:36 geeft een resolutie van ± 10 boogseconden. Omgekeerd
zal bij behoud van de resolutie de totale wegmeting vergroten.
Een mechanische overbrenging heeft natuurlijk zijn nadelen maar ook elektrisch koppelen is
mogelijk door gebruik te maken van een 'multipole' synchro of resolver. Een eerste set
statorwindingen is zodanig gewikkeld dat bij een rotorrotatie van 360°, het spanningspatroon N
keer door nul gaat. De andere set statorwikkeling levert normale synchro- of resolversignalen.
('Multipole' synchro's of resolvers zijn te verkrijgen met standaard synchro- of
resolverspanningen en frequenties, en dit vanaf model 18 .)
De verwerking van de uitgangssignalen van een dubbelsnelheidssysteem leidt wel tot enige
moeilijkheden. Neem het schema weergegeven in figuur 3.5, dit is een synchro controleketen op
twee snelheden.
Vref V1
1 N
Grof
Fijn
1 N
Figuur 3.5: Synchro-controleketen met meerdere snelheden.
De spanningen V 1 en V N kunnen in gedemoduleerde vorm dienst doen als stuursignalen voor een
servoversterker met motor welke de hoek θ 1 moet navolgen. De regeling schakelt dan om van de
spanning V 1 naar de spanning V N (van grof naar fijn) als de amplitude van de spanning V 1 kleiner
wordt dan een ingestelde waarde. Figuur 3.6 geeft de gedemoduleerde spanningen V 1 en V N weer
bij een hoekverdraaiing over 360°, dit in het geval van een even overbrengingsverhouding
(figuur 3.6.a) en een oneven (figuur 3.6.b).
Bij een even overbrenging bestaat er een gebrek aan eenduidigheid. Een stabiele positionering
kan zowel bij een hoekverschil (θ 2 - θ 1 ) van 0° of 180° plaatsvinden. Zoals figuur 3.6.b aantoont
is dit voor een oneven overbrenging niet meer het geval.
Een andere methode om een foutieve positionering tegen te gaan is het gebruik van de synchro of
resolver over slechts 150° in plaats van de volle 360°. Hierdoor is eveneens het verband tussen
spanningsverandering en hoekverandering meer lineair hetgeen het regelgedrag verbetert.
De meest gebruikte oplossing bij wegmeting is daarom een opstelling met drie synchro's,
een voor de grofregeling: 150° voor 1000 mm wegafstand;
een voor de middenregeling: 150° voor 50 mm wegafstand;
een voor de fijnregeling: 150° voor 2 mm wegafstand.
__________ - III.6 -
Johan Baeten
V
N
Positiemeting

Meetsystemen: Meetgrootheden
De regeling schakelt hierbij automatisch over van grof- naar midden- en van midden- naar
fijnmeting naargelang de aangeduide zones bereikt zijn.
Grof
rotor
Fijn
rotor
Verdraaiing over 360° van de grof-rotor (cx) t.o.v. ct
180°
Tegengestelde hellingen
a) EVEN overbrenging
Grof
rotor
Fijn
rotor
180°
0° 180°
Gelijke hellingen
stabiel op 0° en 180°
360° relatieve
verdraaiing
Verdraaiing over 360° van de grof-rotor (cx) t.o.v. ct
Tegengestelde hellingen
b) ONEVEN overbrenging
0° 180°
Tegengestelde hellingen
instabiel op 180°
360° relatieve
verdraaiing
Figuur 3.6: Gedemoduleerde fijn- en grofsynchrospanningen bij even en oneven overbrengingen.
Positiemeting
Inductosyn
De inductosyn wordt in systemen met meervoudige snelheden dikwijls gebruikt om de
fijnregeling te verzorgen, meestal over een afstand van 2 mm. Hiervoor kan ook een "triple
inductosyn" genomen worden welke een drievoudige inductosyn is die drie signalen uitgeeft op
verschillende snelheden.
__________ - III.7 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
14.4 Numerieke verwerking bij incrementele meetsystemen
Om in een gesloten kring een positionering op numerieke wijze uit te voeren moet men de
weginformatie en de meetinformatie numeriek vergelijken. De uitgang van deze vergelijker of
comparator zal dan een analoge servosturing aansturen om de uitgangsas nauwkeurig te
positioneren. Naargelang het gekozen meetsysteem, die de weginformatie opneemt, zijn er
verschillende oplossingen mogelijk. Deze paragraaf bespreekt de verschillende aspecten die van
belang zijn bij gebruik van een incrementeel meetsysteem. In de volgende paragrafen komt de
verwerking van absolute digitale en analoge meetsystemen aan bod.
Zoals bij alle incrementele stuursystemen, is de comparator in hoofdzaak een elektronische
teller. De telcapaciteit hangt af van de gewenste nauwkeurigheid en van de meetlengte.
Bijvoorbeeld: bij een lengte van 1m met een nauwkeurigheid 5µm moet de teller een bereik
hebben van 0 tot 200.000. Bij een binaire teller is de nodige capaciteit dan 18 bits.
Bij een Alles-of-niets-sturing moet de teller een preselectieorgaan hebben, om de af te leggen
weg in de teller vast te leggen. Van daaruit telt deze terug tot nul.
Opdat de as niet onmiddellijk stilstaat wanneer de teller nul is, is een snelheidsverandering kort
voor het bereiken van het doel, vereist. Op een gegeven afstand van het doel zal de snelheid
zodanig verlagen dat het overblijvend traagheidskoppel van de motor en de belasting kleiner is
dan het wrijvingskoppel. Bij uitschakelen van de motor zal deze onmiddellijk stoppen. In de
teller is dan een tweede preselectie nodig om de 'remafstand' in te stellen.
Bij het incrementeel sturen volgens hogervermeld principe, treedt echter een moeilijkheid op. Bij
een foute positionering wordt de fout overgedragen op de volgende positioneringen. Dit kan
voorkomen worden door het gebruik van een op- en afteller, die als tweepuntsregelaar werkt
d.w.z. dat wanneer de machine doorloopt over nul, de teller de richting omschakelt en terug naar
nul brengt.
Om een proportionele vergelijker te bekomen, is een op- en afteller nodig. De referentiewaarden
moeten continu ingegeven worden aan de teller, de gemeten waarden moeten deze
referentiewaarden continu neertellen. De teller is verbonden met een digitaal/analoog omzetter
(D/A), die de analoge servomachine stuurt. De teller geeft in dit geval op elk ogenblik het
verschil tussen referentiewaarde en meetwaarde welk als proportioneel stuursignaal dient.
Voor een regeling in beide richtingen moet de teller richtingsgevoelig zijn en dit zowel voor
referentiewaarde als meetwaarde. Figuur 3.7 geeft het blokschema.
Meetw. Rechts
Ref. Links
Meetw. Links
Ref. Rechts
of
of
+
-
Teller
Figuur 3.7: Vergelijker voor proportionele sturing.
D/A Servo
Positiemeting
__________ - III.8 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
De teller wordt aangestuurd met pulsen, geleverd vanuit de referentie of vanuit de meting met
richtingslogica. Deze pulsen verschijnen volledig asynchroon op de telleringang wat tot fouten
kan leiden. De OF-poorten kunnen immers geen gelijktijdig of overlappende ingangspulsen
verwerken (OF-poorten tellen niet op). Om een nauwkeurige telling mogelijk te maken moeten
de verschillende pulsen (referentie rechts en links, meetwaarde rechts en links) van elkaar
gescheiden worden. De pulsenscheiding kan op twee wijzen gebeuren:
met behulp van een microprocessor of
met behulp van digitale schakelingen.
Figuur 3.8 geeft het schema voor een comparator uitgevoerd met behulp van een microprocessor.
Interrupt
µ-proc.
Figuur 3.8: Pulsenscheiding door gebruik van µ-processor.
Aan de microprocessor is een parallelle output poort gekoppeld, waarlangs de software-matige
teller aan de D/A-omzetter doorgegeven wordt. Twee flipflops koppelen de uitgang van de
richtingslogica aan de processor langs een interrupt-ingang. De software zorgt dan voor de teller,
de referentiesignalen, de comparator en de pulsenscheiding.
Ref.R
T1
Ref.L
T2
Meetw.L
T3
Meetw.R
T4
D
T
D
T
D
T
D
T
P
FF1
R
P
FF3
R
P
FF5
R
P
FF7
R
Q
Q
Q
Q
+5V
Parallelle
output
Figuur 3.9: Digitale pulsenscheider.
D
T
D
T
D
T
D
T
P
FF2
R
P
FF4
R
P
FF6
R
P
FF8
R
Q
Q
Q
Q
FF
FlagR
FF
FlagL
D/A Servo
r
s
r
s
clear
Richtingslogica
NAND11
NAND12
NAND13
NAND14
Incrementeel
Meetsysteem
Meetw.L
Meetw.R
op
Teller
af
D/A
Servo
Incrementaal
Opnemer
Richtingslogica
Positiemeting
__________ - III.9 -
Johan Baeten
Ui

Meetsystemen: Meetgrootheden
Naast de microprocessor bestaan er ook digitale schakelingen om de referentie- en meetpulsen te
scheiden. Figuur 3.9 geeft een schakeling weer om de 'comparator' (voor een positionering)
digitaal uit te voeren. Het probleem is hier dat de stuurpulsen vanuit het referentiesignaal en
vanuit de meetwaarde nauwkeurig moeten geteld worden in een "op/af-teller". Het nauwkeurig
tellen, zonder verlies van een enkele puls, moet gebeuren vanuit een "pulsenscheider". Zoals
eerder aangehaald verschijnen de pulsen voor de referentiewaarden en de meetwaarden volledig
asynchroon. Bij het omkeren van de richting wordt het probleem nog erger, de meetwaarde wil
bv. optellen op hetzelfde tijdstip als dat de referentiewaarde wil optellen. Vier signalen moeten
daarom volledig van elkaar in de tijd gescheiden worden vooraleer ze op de op- en aftellijn van
de teller mogen verschijnen.
De uitgang van de teller levert dan het foutsignaal ε ss in digitale vorm. Na een digitaal/analoog
omzetter kan hiermee een servokring gestuurd worden.
---Oscillator---
BOSC
Figuur 3.10: Taktgenerator voor digitale pulsenscheider.
De taktgenerator uit figuur 3.10 baseert zich op een oscillator op hoge frequentie (bv. 100 kHz).
Deze frequentie wordt twee maal gedeeld. Gecombineerd geeft het geheel vier taktpulsen T1, T2,
T3 en T4 welke in tijd verschoven zijn. Figuur 3.11.a geeft enige tijdsignalen weer.
Figuur 3.11.a: Signalen overeenkomstig schakeling uit figuur 3.10.
D
P
+5V
Q
D
Q
FF9
FF10
T R Q T R Q
P
NAND1
NAND2
---Taktgenerator---
BOSC
FF9 (:2)
FF10 (:4)
NAND1
NAND2
__________ - III.10 -
Johan Baeten
T1
T2
T3
T4
T1
T2
T3
T4
Positiemeting

Meetsystemen: Meetgrootheden
Met de pulsenscheider kunnen de vier kanalen gesynchroniseerd worden op verschillende
tijdstippen. Voor ieder kanaal is er:
een D-flipflop die de stijgende flank van het ingangssignaal registreert
een D-flipflop die synchroniseert op een taktpuls
een poort om het gesynchroniseerde signaal door te takten met behulp van een andere
taktpuls. Dit doortakten zal eveneens de registratie flipflop resetten.
De gesynchroniseerde signalen worden met OF-poorten zodanig gecombineerd dat:
de optellijn van de teller bediend wordt vanuit REF.R of MEETW.L
de aftellijn bediend wordt vanuit REF.L of MEETW.R.
De vier mogelijke pulsen worden dus in de tijd verschoven en kunnen nauwkeurig bijgehouden
worden in de teller. Figuur 3.11.b toont tenslotte het tijdschema voor een puls op REF.R en
REF.L.
Ref.R
FF1
FF2
O1
Ref.L
FF3
FF4
D1
Takten
T1 T2 T3 T4 T1 T2
Figuur 3.11.b: Tijdschema van enkele meet- en referentiesignalen.
Positiemeting
Opmerking: De positieregeling (alles-of-niets of proportioneel) kan natuurlijk ook gebeuren met
behulp van digitale absolute positiemeetsystemen. Hierbij is geen pulsenscheiding meer nodig.
De op/af-teller wordt hier immers vervangen door een vergelijkingselement dat op elk ogenblik
het verschil maakt tussen gewenste en gemeten (absolute) positie.
__________ - III.11 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
14.5 Digitale verwerking van (absolute) analoge positiemeetsignalen: Numerieke fasemeting
Synchro's, resolvers en inductosyns leveren analoge signalen welke de meetinformatie of
meetpositie bevatten. Voor digitale verwerking van deze signalen met digitale logica of met een
microprocessor moeten deze omgezet worden in digitale hoek- of lengte-informaties. Deze
omzetting kan volgens verschillende principes gebeuren.
Figuur 3.12 geeft een schakeling gebaseerd op een eenvoudige RC-faseverschuiving, weer.
Figuur 3.12: Numerieke fasemeting bij resolver met behulp van een RC-kring.
Indien ωRC = 1, zal de faseverschuiving tussen V a en V ref gelijk zijn aan θ - 45°, waarbij θ de
hoekstand van de resolver is. Dit volgt uit:
of
Vx
Vy
---Resolver---
i = Vx − VA
R
R
C
Vref
Vref
VA
= VA − Vy
1/jωC
VA = Vsinωt
(cos θ + jωRC. sin θ)
1 + jωRC
Vx
45° Fasenaijling
Vy
Vref45
Nuldoorgangs
detector (2X)
(Schmitt-trigger)
θ
Pos.
VA Vref45
Bistabiele
Multivibrator
Klok pulsen
met V x = V.sinωt.cosθ en V y = V.sinωt.sinθ
Indien ωRC = 1, is de hoek van de teller gelijk aan θ en de hoek van de noemer 45°.
De ongewenste faseverschuiving van 45° in de noemer wordt gecompenseerd door een
fasenaijlingsnetwerk zoals aangeduid in figuur 3.12. De Schmitt-triggers (of nuldoorgangsdetectors)
sturen een bistabiele multivibrator. De settijd van deze vibrator is evenredig met de
faseverschuiving θ. Gedurende de settijd worden klokpulsen geteld. Het resultaat van de teller is
rechtstreeks het digitaal equivalent van de analoge hoek θ. De nauwkeurigheid van dit systeem is
afhankelijk van de stabiliteit van de frequentie van de draaggolf V ref en van de stabiliteit en
nauwkeurigheid van C en R, omwille van de voorwaarde ωRC = 1.
Bij gebruik van een dubbel RC-netwerk, zoals in figuur 3.13, is een fasenaijling van 90° nodig.
De nauwkeurigheid zal echter minder afhankelijk zijn van de draaggolffrequentie of van de
condensatoren. Ook zullen de eventuele driftfouten op de hoek θ volledig gecompenseerd
worden. De numerieke fasemeting wordt nu toegepast op de spanningen V A en V B . Het gemeten
interval is een maat voor 2θ. Nadelig is wel de halvering van het bereik. We krijgen nu immers
dezelfde digitale uitgang bij de hoek θ en de hoek (θ+180°).
s
r
Tijd
θ
Teller
digitaal
Positiemeting
__________ - III.12 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
Figuur 3.13: Robuustere schakeling voor numerieke fasemeting bij resolvers.
Voor figuur 3.13 gelden volgende vergelijkingen:
of
Vx
Vy
Vx − VA
R
= VA − Vy
1/jωC en Vx − VB
1/jωC = VB − Vy
R
V x - V A = jωRC(V A - V y ) en V B - V y = jωRC(V X - V B )
Combinatie van deze vergelijkingen levert:
VA
VB
= cos θ + jωRC. sin θ
sin θ + jωRC. cos θ
VA VB (+90°)
Hieruit volgt dat de faseverschuiving tussen V A en V B gelijk is aan 2θ-90° indien ωRC = 1.
Bij het bestuderen van de resolver werd nog een andere toepassingsmogelijkheid beschreven:
wek in de stator een draaiveld op zodat de rotor een spanning aflevert met een constante
amplitude en waarvan de fase afhangt van de hoekstand. Figuur 3.14 geeft het blokschema van
een fasesturing gebaseerd op dit principe. De EN-poort wordt gestuurd door de kanteelspanning
van 200 Hz enerzijds en door de uitgang van de voorgeselecteerde teller anderzijds. De
voorselectie van de teller stelt de te sturen hoek voor. Wanneer het cijfer fs bereikt is (telritme
200 kHz) stuurt de teller de poort open. Het signaal van 200 Hz ligt dan reeds aan de poort maar
kan pas aan de uitgang van de poort verschijnen wanneer de teller deze poort opent. Zo wordt
een signaal van 200 Hz bekomen met een faseverschuiving gelijk aan fs. Dit signaal doet de
flipflop kippen terwijl het meetsignaal van de rotor fr de flipflop terugkipt. Integratie van de
uitgang van de flipflop levert een continue spanning die evenredig is met het verschil tussen de
stuurfase (fs) en de fase van de rotor (fr). Deze spanning kan rechtstreeks het analoge
servomechanisme aandrijven om de positionering te bekomen bij fs - fr = 0.
Generator
(200 kHz)
fs
Voorselectie
R
C
Teller
r
VA
Deler
1/1000
C
R
200Hz
Figuur 3.14: Numerieke fasesturing met behulp van een resolver.
fr
fs
VB
Omzetter
sinwt
coswt
2θ
Flipflop
Comparator
Pulsvormer
Servo
Versterker
Tijd
Resolver
__________ - III.13 -
Johan Baeten
Rotor
Motor
Positiemeting

Meetsystemen: Meetgrootheden
14.6 Synchro-en-resolver-naar-digitaal-omzetters
Moderne synchro-en-resolver-naar-digitaal-omzetters worden gefabriceerd als modules en als
hybride, geïntegreerde schakelingen. Ze zijn in staat om synchroformaatspanningen of
resolverformaatspanningen om te zetten naar een digitaal formaat. De woordlengte van de
digitale code varieert van 10 tot 18 bits. Er zijn twee types van omzetters:
gebaseerd op 'tracking'
gebaseerd op 'successive approximation'
Deze twee types werken volgens verschillende principes en worden dus ook in verschillende
toepassingen aangewend. Bij een numerieke besturing zijn de omzetters gebaseerd op het
'tracking'-principe, meer aangewezen. Dit blijkt uit het werkingsprincipe. Figuur 3.15 geeft het
schema van de 'tracking resolver to digital convertor'.
Sin θ ~sin( θ − φ)
Nauwkeurige
Cosθ
Grd
Input buffer
Sin / Cos
Vermenigvuldiger
Digitale hoek
φ
Op - neer
Teller
φ
Latch controle
φ
Three state output buffer
Fout
Versterker
Referentie
Fasegevoelige
Gelijkrichter
+ Demodulatie
Voltage Controlled Oscillator
Digitale hoek
Figuur 3.15: Blokschema van 'Tracking resolver to digital convertor'.
Stel dat de teller een hoek φ aanduidt en dat de resolverspanningen gegeven worden door
V x = V.sinωt.cosθ en V y = V.sinωt.sinθ met θ de rotorhoekstand. De cosinus-vermenigvuldiger
geeft V.sinωt.sinθ.cosφ. De sinusvermenigvuldiger geeft V.sinωt.cosθ.sinφ. De verschilversterker
geeft als foutsignaal V.sinωt.(sinθ.cosφ.-cosθ.sinφ) = V.sinωt.sin(θ-φ).
Dit wisselspanningssignaal wordt gedemoduleerd tot een spanning proportioneel aan sin(θ - φ),
waarvan de integraal als ingang dient voor de spanning-frequentie-omzetter (V.C.O). De
uitgangspulsen van de V.C.O. zullen de teller op- en neertellen totdat sin(θ - φ) = 0 of tot φ = θ.
Dan stelt de digitale uitgang de hoekstand θ voor.
Een 'tracking convertor' laat dus automatisch de digitale uitgang volgen op de ingangshoek,
zonder hiervoor een extern commando te geven. Verandert de ingang niet dan doet de omzetter
niets. Een ingangsverandering geeft automatisch een aanpassing van de digitale uitgangswaarde
telkens een hoekverandering optreedt welke evenredig is met de minst beduidende bit (LSB).
V.C.O
Integrator
DC
Fout
Hoek
Offset
Input
Snelheid
Positiemeting
__________ - III.14 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
Bijvoorbeeld: Bij een 12-bit omzetter zal de uitgangsteller aangepast worden bij een hoekverandering van
(360/4096) of 5,3 minuten.
De integrator in de omzetter maakt het systeem equivalent aan een type 2 servokring. Dit wil
zeggen dat het foutsignaal nul blijft indien de ingang met een constante snelheid verandert.
Eigenschappen van 'tracking convertors'
De werking is niet afhankelijk van de amplitudes van de ingangssignalen, maar van de
verhouding tussen deze signalen. Een spanningsval over de ingangssignalen is relatief
onbelangrijk zodat lange lijnen mogelijk zijn.
Gelijke signaalvervorming geeft geen aanleiding tot fouten. Een kanteelgolf i.p.v. een
sinusgolf is mogelijk.
Omwille van de integrator in de omzetter is deze weinig gevoelig voor storingen.
De digitale waarde geleverd door de omzetter is steeds aangepast of 'fris'. Vele omzetters
bevatten een ingebouwde 'output latch' met 'three state' uitgangen voor een soepele koppeling
aan de microprocessor.
Uit het blokschema gegeven in figuur 3.15, blijkt dat de ingang van de spanning-frequentie
omzetter (V.C.O.) een gelijkspanning is welke evenredig is met de snelheid van de
ingangshoekverandering. Dit signaal is uitwendig beschikbaar en kan gebruikt worden als
snelheidsmeting (analoog aan een tachogenerator voor snelheidsmeting). Figuur 3.16 geeft als
voorbeeld het gebruik van dit signaal bij een positionering in een servoregelkring met
snelheidsterugkoppeling.
µ-Proc.
Digitale
Fout
Digitale
Positie
D/A
Resolver
Digitaal
Omzetter
Rlo Lhi
Referentie
Vel
DC
Snelheidsspanning
Vermogen
Versterker
Resolver
Figuur 3.16: Blokschema voor regelkring met snelheidsterugkoppeling.
Motor Belasting
De nauwkeurigheid is de maximale fout (negatief of positief) welke optreedt bij een volledige
verdraaiing over 360°. Een vooropgestelde nauwkeurigheid bij een zekere temperatuur kan
slechts bekomen worden als de frequentie en de amplitude van ingangs- en referentiesignalen
minder dan 10% afwijken van hun nominale waarden en op voorwaarde dat de
faseverschuiving tussen referentie- en ingangssignalen minder dan 20° bedraagt.
__________ - III.15 -
Johan Baeten
Vref
Positiemeting

Meetsystemen: Meetgrootheden
De 'tracking rate' geeft de snelheid van de ingangshoekverandering welke door de 'tracking'
kan gevolgd worden. Hoe groter de referentiefrequentie waarvoor de converter gemaakt is,
des te groter is de maximale 'tracking rate'. Moderne omzetters geven een maximum van 10%
van de referentiefrequentie.
Bijvoorbeeld: bij 400 Hz referentiefrequentie kan de 'tracking rate' 40 omw/sec of 2400 omw/min bedragen.
De resolutie wordt bepaald door de waarde van het LSB, m.a.w. door de woordlengte van de
digitale uitgang t.o.v. de totale (gewenste) te meten hoek meestal 360°. Met N = de
woordlengte geeft dit:
resolutie = 360
2 N
De versnellingsfactor specificeert de reactie van de converter op ingangsversnellingen.
ka = ingangsversnelling
fout op uitgangshoek [t−2 ]
Voorbeeld: indien een versnelling van 20.000°/sec², een uitgangsfout van 1 bit (de LSB) geeft in een 12-bit
converter, dan is:
ka = 20000
= 227500 bit/ sec2
360/4096
dit stemt overeen met :
- 1 hoekminuut uitgangsfout bij een versnelling van 227.500 hoekmin/sec²
- 1 graad uitgangsfout bij een versnelling van 227.500°/sec²
Voor een gekende k a -waarde ligt de versnelling voor 1 bit fout vast. Dit is echter niet de
maximale waarde van de versnelling. Zonder verlies van de controle zal de converter
ongeveer 5° als fout tussen de ingang en de uitgang kunnen nasporen. De converter kan
daarom ongeveer 5 maal de versnelling gegeven door de k a -factor verdragen.
Voorbeeld: Met k a = 110.000 bit/sec² is de maximale versnelling ongeveer 600.000°/sec² of 1666 omw/sec².
Deze maximale versnelling mag slechts gedurende een korte periode aanliggen.
Positiemeting
Voorbeeld: Bij een maximum versnelling van 600.000°/sec² en een "tracking rate" van 36 omw/sec, zal de
tijd waarover deze versnelling mag aanliggen gelijk zijn aan (36x360)/600.000 = 21,6 msec.
De versnellingsfactor is vooral belangrijk bij het gebruik van inductosyns waar hoge
versnellingen moeten geregistreerd worden.
'Tracking convertors' verwerken inwendig resolver-formaat spanningen en dus ook
inductosyn-formaat spanningen. De grootte van de spanningen geleverd door de verschillende
types van resolvers en inductosyns zijn nogal verschillend. Indien de gemeten spanningen
afwijken van de nominale waarden kunnen deze toch aangesloten worden door gebruik te maken
van weerstanden aan de ingang van de converter (de ingangsimpedantie van de converter is
meestal immers zuiver ohms). Figuur 3.17 geeft een voorbeeld.
__________ - III.16 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
Figuur 3.17:Aansluiting van converter voor niet-standaard spanningen.
Om een synchro te verbinden met een tracking converter, moet deze laatste voorzien zijn van
een ingangsoptie. Dit is meestal een op een elektronische manier gebouwde
Scott-T-transformator. Deze transformator zorgt tevens voor het aanpassen van het
spanningsniveau tot standaard waarden. Voor het aansluiten van synchro's welke hoge
spanningen leveren, is het gebruik van een converter met ingebouwde elektrische transformator
te verkiezen. Figuur 3.18 geeft het schema van de Scott-T-transformator.
Figuur 3.18: Scott-T-transformator.
Voor een verhouding 1:1 tussen primaire en secundaire spanningen kunnen we de factoren R 1 , R 2
en K berekenen:
of
240°
26 V
REF
s1
V sin t sin
ω θ
s3
120°
s2
19 V signaal
V 1 = V s1-s3 als R 1 = 1
Vsinωt.cosθ = V 2 = V.R 2 [sinωt.sin(θ+120°) + Ksinωt.sinθ]
cosθ = R 2 [sin(θ+120°) + Ksinθ]
Uitrekenen in twee punten geeft:
K
1:R1
1:R2
16 K
16 K
θ = 0° 1 = R2cos30° R2 = 2/ 3
θ = 90° 0 = 2/ 3 [-sin30° + K] K = 0,5
S4
S3
S2
S1
Rlo
Rhi
V1 = V sin ω t sin θ
V2 = V sin ω t cosθ
Converter voor
- 26 V ref
- 11,8 V signaal
Positiemeting
__________ - III.17 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
14.7 Toepassingsvoorbeelden
Lineaire inductosyn
Figuur 3.19 laat het gebruik zien van een inductosyn/resolver-naar-digitaal-converter in een
inductosyn controle kring. De lat van de inductosyn wordt bekrachtigd vanuit een
AC-stroomgenerator met een frequentie tussen 5 en 10 kHz. Het gebruik van een stroombron is
hier te prefereren omdat de faseverschuiving tussen de latspanning en de glijderspanningen van
een inductosyn minder nauwkeurig te definiëren is bij een spanningssturing. Doordat de
latwikkeling hoofdzakelijk ohms is, zal bij een stroomsturing een 90° fasevoorijling optreden.
Door het inbrengen van een extra fasevoorijlingsnetwerk in de referentie-ingang van de omzetter
wordt de faseverschuiving tussen referentie- en signaalingang van de omzetter geminimaliseerd.
Vermogenversterker Stroomgenerator
90° fase
Verschuiving
op. amp.
op. amp.
serieschakeling van inductosyn tracks
Inductosyn slede
sgn com
cos
sin
busy
inhibit
+15V
gnd
-15V
+5V
Rlo
Rhi
Schroefspindel
Figuur 3.19: Schakelschema voor digitale positiemeting met inductosyn.
vel
Processor
Microschakelaar
De versterkers op de ingangssignalen zijn nodig om de inductosynspanningen aan te passen aan
de converter. Beide versterkers moeten een gelijke versterking inhouden en moeten zo dicht
mogelijk bij de inductosynglijder geplaatst worden.
De converter levert een 12 bit digitaal woord, een DIR-signaal dat de telrichting van de converter
aangeeft en een nuldoorgangspuls (RC-signaal) dat aangeeft wanneer de converteringang
overgaat op een volgend spoor van de inductosyn (overloop in de teller).
Enkel omwille van de resolutie zou een 10 bit converter volstaan. De resolutie is immers de
lengte van één inductosynspoor (2 mm) gedeeld door 2 10 of 2/1024 = 2µm. Een 12 bit converter
is echter te verkiezen omwille van trillingsdemping. Omzetters voor inductosyns moeten een
zeer hoge volgsnelheid en een hoge versnellingsfactor bezitten. Omzetters welke gemaakt
worden voor hogere draaggolffrequenties bieden hieromtrent betere eigenschappen.
Dir.
RC
12
IRDC 1730
1
Initiële waarde
D/A
omzetter
Positiemeting
Inductosyn
schaal
Motor
Versterker
__________ - III.18 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
Voorbeeld: Bij een lineaire snelheid van 10 m/min en een inductosyn met 2 mm periodieke indeling is een
volgsnelheid van 83 sporen per seconde vereist. Een versnelling van 1500 sporen/sec² is nodig om vanuit
stilstand over een afstand van 5 mm te versnellen tot een maximale snelheid van 10 m/min.
De processor houdt de absolute positie bij door het tellen van de spoorovergangen (langs het
RC-signaal) en door de digitale waarde van de converter te lezen. Dit geeft een cyclus absolute
meting. Het bepalen van een absolute nulpositie (bijvoorbeeld bij het inschakelen van de sturing)
is mogelijk door het bepalen van het spoor waar de nulpositie zich bevindt, door middel van een
schakelaar ('micro switch') en door vervolgens een nuldoorgangspuls op te sporen.
Resolver
Figuur 3.20 geeft als voorbeeld een mogelijk schema om op digitale wijze de absolute positie te
bepalen met behulp van een resolver en een resolver-naar-digitaal-omzetter.
Merk op dat de beste referentiespanning voor de converter ligt rond 2 kHz. Bij deze eerder hoge
frequentie wordt de faseverschuiving tussen rotor- en statorspanningen immers kleiner en is de
converter minder gevoelig hiervoor. Versterkers op de ingangssignalen zijn niet nodig. Bij
niet-standaard spanningen gebruikt men weerstanden.
Referentie
generator
Resolver
s1 s2 s3 s4
Motor
naar servo
indien gewenst
vel
IRDC 1730
sgn com
cos
sin
busy
inhibit
+15V
gnd
-15V
+5V
Rlo
Rhi
Dir.
R.C.
12
1
LSB
Resolver hoekstand
binnen één omwenteling
+5V +5V
MSB
Machine bed
Schroefspindel
5 11 9 10 1 15 5 11 9 10 1 15
14 LS191 13 14 LS191 13
16 7 6 2 3
16 7 6 2 3
Resolver omwenteling teller
Figuur 3.20: Resolver-schakelschema voor een absolute digitale positiemeting.
Microschakelaar
Initiële waarde
Positiemeting
Anti 'bounce'
circuit
Naar de volgende tellers
afhankelijk van de lengte
en de resolutie
__________ - III.19 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
14.8 Systemen met meerdere snelheden bij digitale meting
Meerdere snelheden kunnen, zoals eerder vermeld, bekomen worden door de synchro's
mechanisch te koppelen of door gebruik te maken van meerpolige synchro's.
Het probleem van conversie van de analoge positie naar een digitale waarde is op te lossen door
gebruik te maken van meerdere omzetters. De overbrengingsverhouding tussen grof- en
fijnsynchro moet echter kleiner zijn dan wat principieel mogelijk is.
Voorbeeld: bij gebruik van een 10 bit omzetter op de grofsynchro en een 10 bit omzetter op de fijnsynchro
zou principieel een overbrenging van 2 10 = 1024 mogelijk zijn. In de praktijk zal echter een overbrenging
van bijvoorbeeld 2 8 = 256 gekozen worden (zie verder).
De minst beduidende bits van de grofsynchroconverter hebben in de globale digitale waarde een
te groot gewicht: de fout op het grofsynchro-LSB is immers van dezelfde grootte orde als de
totale waarde van het fijnsynchro-woord. Daarom is een overlapping tussen grof en fijnuitlezing,
door de overbrengingsverhouding kleiner te nemen, noodzakelijk.
Voorbeeld: Twee 10 bit omzetters en een overbrenging van 32:1 geven een overlapping van 5 bits (2 5 =32)
om te komen tot een 15 bit digitaal woord: de 10 bits van de fijnconverter en de 5 meest beduidende bits van
de grofconverter. 15° in de grofsynchro geeft 15° x 32 = 480° of 120° in de fijnsynchro. Dit geeft
bijvoorbeeld:
dig. uitgang grof : 0000101010
dig. uitgang fijn: 0101010101
dig. uitgang 15 bit: 000010101010101
Positiemeting
Bij een binaire overbrengingsverhouding wordt de digitale uitgang van de fijnomzetter
verschoven over een aantal plaatsen (5 plaatsen bij 32 als overbrenging). De totale uitgang is
deze van de digitale-fijn-uitgang aangevuld met de niet-overlappende bits van de
digitale-grof-uitgang. De overbrengingsverhouding bepaalt hier dus het aantal bits die erbij
komen ten gevolge van de grofmeting. De overlapping is dan gelijk aan de woordlengte minus
het aantal extra bits.
Voor een niet binaire overbrenging is het probleem niet meer op te lossen door een zuivere
verschuiving. De synchronisatie en de deelfunctie nodig om twee digitale uitgangen te
combineren, kan opgelost worden door toepassing van speciale schakelingen, bijvoorbeeld de
TSL1612 van Memory Devices. De totale resolutie hangt dan af van:
de overbrengingsverhouding
de resolutie van de fijnconverter
Voorbeeld: Een overbrenging van 18:1 met een 14 bit converter voor de fijnsynchro geeft een resolutie van
14+4 = 18 bits. De "4" vinden we op de volgende wijze: 2 4 = 16, 16 is het grootste binair getal kleiner dan
18, met 18:1 de overbrengingsverhouding.
Figuur 3.21 geeft als voorbeeld een opstelling weer voor een positiemeting op drie snelheden, 2
resolvers en een roterende inductosyn. De overbrenging tussen resolver 1 en resolver 2 is 36:1.
Rekening houdend met het aantal cycli bij een inductosyn met 720 polen per omwenteling, is de
overbrenging tussen resolver 2 en de inductosyn 10:1.
__________ - III.20 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
Inductosyn
met 720 polen
Stator
Rotor
Stroom
generator
Resolver 1
Ref.
Verhouding 1:1
Ref.
Referentiespanning, 90° voorijlend op stroom
Figuur 3.21: Systeem met drie snelheden in de positieopname, waarbij twee resolvers en één roterende
inductosyn.
In plaats van een roterende inductosyn kan voor de fijnregeling eveneens gekozen worden voor
een lineaire inductosyn. De overbrengingsverhouding volgt dan uit de omzetting van de
roterende beweging in een translatie. Een volledig absolute meting is zo mogelijk met de
fijnregeling op directe wijze uitgevoerd.
14.9 Cyclus absoluut naar incrementeel
θ
Verhouding 1:36
Resolver 2
Resolver naar
digitaal
convertor
Ref.
RDC1700
Resolver naar
digitaal
convertor
Bij een resolver wordt absoluut gemeten binnen één omwenteling, wat kan overeenkomen met
een lineaire verplaatsing van bijvoorbeeld 2 mm. Figuur 3.22 geeft de resolver schematisch
weer. De rotorwikkeling levert een nulspanning wanneer de richting van de rotorspoel (hoek δ)
overeenkomt met de resulterende statorfluxrichting (hoek α). De meetmethode gaat er voor
zorgen dat bij een bepaalde rotorspoelstand of -richting de statorfluxrichting draait door het
aanpassen van de verhouding φ 1 /φ 2 , totdat de rotorspanning U r = 0.
φ 1 ~ U 1 = U 0 cosα
en zodat U r = U r0 sin(δ - α)
φ 2 ~ U 2 = U 0 sinα
Cos
Sin
Rlo
Rhi
De wegmeting is dus gebaseerd op het navoeren van de spanningen U 1 en U 2 om zo het
hoekverschil δ - α voortdurend op nul te houden. Wegens de eenduidigheid moet het
hoekverschil (δ - α) in het bereik ± 90° liggen, wat overeenkomt met een afstand van 1 mm.
Ref.
IRDC1730
Inductosyn naar digitaal
convertor
RDC1700
12
TSL 1612
Ruw
(verhouding 10:1)
Fijn
Logische processor voor 2 snelheden
12+3
TSL 1612
Ruw
(verhouding 36:1)
Logische processor voor 2 snelheden
Fijn
15+5
20 bit
digitale
uitgang
voor de
hoek θ
Totale absolute hoekmeting
over 256° graden
Positiemeting
__________ - III.21 -
Johan Baeten

Meetsystemen: Meetgrootheden
Spoelas
φ
1
Ur
Figuur 3.22: Resolver schema.
φ
Spoelrichting
2
δ
α
U1
U2
Veldrichting
Figuur 3.23 laat het blokschema zien van de wegmeting en -regeling. De gedemoduleerde en
afgevlakte rotorspanning (U r ) wordt toegevoerd aan een spanning-frequentie-omzetter. De
uitgangspulsen ( f x ) dienen als stuursignalen voor de digitale spanningsverzorging, welke de
spanningen U 1 en U 2 oplevert om de spoelrichting (hoek δ) na te volgen en dus de foutspanning
op de rotor (U r ) af te bouwen.
De pulsen f x dienen als aanduiding van de gemeten stand en als incrementele meetwaarde voor
de wegregeling. De wegmeting moet daarom een regelkring inhouden met zeer hoge
snelheidsversterking zodat de meetwaarde traagheidsloos de machinebeweging volgt. De hoge
snelheidsversterking zorgt er tevens voor dat het hoekverschil (δ - α) beperkt blijft tot ± 90° bij
de hoogste snelheden (normaal slechts 20°/sec).
Referentie Meetwaarde
Pulsenscheiding
Toerentalregeling
T
Figuur 3.23: Incrementele regelkring met absolute analoge positiemeting.
φ2
φ
Opmerkingen:
Een belangrijke component van de meting is natuurlijk de digitale spanningsverzorging welke
de spanning U 0 cosα en U 0 sinα moet genereren. Dit gebeurt met behulp van de
basisfrequentie f 0 en de meetpulsen f x, , gebruikmakend van een aantal delers. Voor de exacte
werking en opbouw verwijzen we naar de literatuur.
Volledig analoog aan de resolver kan deze werkwijze toegepast worden bij een inductosyn als
meetsysteem.
δ
Ur
α
φ1
Wegregeling Wegmeting
Teller S
D/A Demodulator
M
Meetwaarde teller
φ
Spanning-frequentieomzetter
Tacho Motor Resolver
Aanduiding meetwaarde
U1
U2
fx f0
Digitale
Spanningsverzorging
Positiemeting
__________ - III.22 -
Johan Baeten